埋地熱油管道投產方案模擬分析（生物化工）

                                李海濤*

          （中國石油天然氣管道局國內事業部，河北廊坊065000）

摘要：為獲得原油預熱投產的經濟環保方案，對某即將投產管線進行熱力學仿真計算。通過建立SPS仿真模型并分析計算結果后發現，在投產過程中，末端流體溫度隨著預熱投產時間先上升而后下降至平穩溫度，末端流體密度先保持平穩而后迅速下降至穩定。選取油水混合物進站溫度高于原油凝點30c為邊界條件，且綜合考慮預熱時間、用水量后確定了最優的投產方案，為現場操作提供技術支持。

關鍵詞：埋地熱油管道；投產；模擬；經濟方案

中圖分類號： 文章編號：0253 - 4320( 2016) 06 - 0195 - 02

DOI:10. 16606/j. cnki. issn 0253 - 4320. 2016. 06. 048

    埋地熱油管線在投產過程中，若土壤層溫度較低，管線內原油的熱量不斷向外擴散，周圍土壤層溫度逐漸上升，而原油溫度不斷下降，原油的流動性變差。因此部分原油管道在投產前往往會采取其他措施，如預熱投產、添加化學藥劑投產、冷啟動等。其中預熱投產是常用投產方式，其目的是在原油進入管道前先建立溫度場，并且預熱流體溫度滿足要求后，才投入原油。梁江等、杜艷萍等在熱油管道投產前利用仿真模擬軟件SPS對整個投產過程進行分析。本文中通過使用軟件分析投產過程，確定出合理的投油時間和預熱介質總量，為現場提供技術支持。

1投產管道概況

    中國西部地區某管道長約50 km，投產時地溫約在8℃，計劃采用預熱投產。計劃投產方案為管線完成試壓后進行預熱，首站以100m³／h的流量輸送60℃的熱水，10 h原油開始投產，直至穩定。投產原油的性質如表1所示，原油密度為840 kg／m³，40℃下的黏度為40 m P.s，熱處理溫度50℃時的凝點為20℃，原油含蠟量為14. 83%，屬于高含蠟原油。

    管道中有首站、末站2座，其中首站可加熱、加壓。管線可承壓6.0 M Pa。本文中采用SPS軟件對原油管道投產過程進行分析。SPS( stoner pipelinesimulator)軟件是一款常用的長距離管道輸送模擬軟件，可以分析原油管道的多種工況。軟件使用的方法是首先建立一個與實際管道相符的模型，并編寫INTRAN文件控制仿真計算以實現對現實工況的模擬。

2投產初始方案工況數值模擬

    管線投產前首先輸送10 h 60℃熱水，熱水流量為100m³／h。熱水輸送結束，轉為原油輸送，輸送原油的溫度為60℃，流量為120m³／h。

    根據前面建立的SPS軟件模型進行計算，計算后導出部分數據進行分析。圖1為在原油投產過程中末站流體的進站溫度與末端流體密度隨時間變化情況。

    在圖1中可以看出，本次投產過程中末端原油的溫度可以分為以下幾個階段。①a~ b階段，從a點開始末端流體的溫度迅速上升，這是因為首站的熱水開始進入末站。末端流體密度在b時刻急速下降，表示原油、水混合物開始抵達末端。a~ b階段為熱水預熱過程。②b~ c階段末端流體溫度繼續上升，在c時刻達到最大值。③c~ d階段，末站原油的溫度開始下降。最終趨于平緩。頗為關注的是原油進入末站時的溫度，從圖1中可以看出原油初人末站時，溫度最高約為42℃，隨著投產時間原油的溫度開始下降，下降至d點約32.0℃時趨于平緩。整個投產過程中管內原油溫度都高于原油的凝一點。因此此方案的預熱投產在熱力工況上是可行的。

    根據水力工況計算結果（見表1），首站提供的壓力均在泵允許揚程范圍內，因此本次投產過程滿足水力工況要求。在整個投產過程中需要淡水1000t，雖然成功完成投產，但從整體投產過程中溫度變化來看，此方案仍有節能的空間。

3節能投產方案

    選擇原油投產時機為油水混合物進站溫度：投產原油凝點+3℃，本文中同樣選擇該條件作為原油投產時機。整個投產過程中，投入熱水時間成為計算的關鍵。具體計算方法為在前面所建立的管道模型上進行計算。管道在投入t時間的熱水后，原油進入管道，若油水混合物進站溫度大于或小于投產原油凝點+3℃，則調整t為t-△t或t+△t，直至符合預熱時機的條件。

    選取預熱水溫度仍為60℃，熱水流量分別為100、80、60、50 m³/h 4種節能方案，根據前文所選的邊界條件，計算出預熱熱水的最少需要量及預熱時間。計算結果如表2所示。

    根據表2所示，綜合考慮預熱時間、熱水需要量等因素，采用熱水溫度為60℃，流量為100m³／h，預熱時間為7h（節能方案1）的預熱方案。其優點是，相較于其他方案其預熱時間短，且熱水需要量與節能方案2～4相差不多。

    圖2為節能方案1整個投產過程中，末端流體溫度-密度變化示意圖。熱水投產7h后投入原油，管道末端原油的溫度隨之上升。在投產15 h后原1到達管道末端。整個投產過程與初始方案（以100m³／h的流量輸送10 h，水溫60℃）節約淡水資源300 t。

4結論與展望

    (1)通過仿真軟件SPS對原油管道投產過程進行了模擬分析。分析表明，初始方案的預熱投產過程中，預熱介質抵達末端后，管線末端溫度迅速上升，原油投入管道后，末端流體溫度繼續上升直至達到最高點后逐漸下降并趨于平緩。

    (2)通過軟件計算得到了原油管道預熱投產的經濟運行方案滿足投產所需的熱力工況，并且能夠比初始方案節約300 t淡水資源和一定的熱能。